Фталевый ангидрид - Гуревич Д.А.
Скачать (прямая ссылка):
293
0—1
1
—
dx kaCK + /VApC8
292
/
1
0,5—1,0
0,7—1,0
13 26—30
Л С h"'C С Л ~ C0J (1 - Ь'СЯ)
/47, 291, 293
2
1
0,5-1,0
0,7—1,0
17 26—30
—
293 291
6
—
—
—
Скорость мала
147 , 296, 297
3 (-5
0—1
1
—
12-14
—
294 297
3
1
—
8 29
—
296 291
5
—
—
—
*5 = Уз k3
h = (Уз ¦*- У2) *3 65 = 0
147 297 298
4+7
1 1
0.8 0,5—0,8
26 29
298 291
4
1
—
—
—
147, 297
7
0
—
—
Ai7 = O ft7 = (0,25 -V 0,5) k4
297 147
8
/
—
10,5
297
Прниечание. Прочерки означают отсутствие данных.
существенно отличаются от данных, получаемых при эксплуатации; промышленных установок. Ниже делается попытка рассчитать выходы продуктов процесса парофазного каталитического окисления нафталина, используя кинетические константы, принятые в работе 298.
Для расчета принимаем следующую упрощенную схему реакции:
/
-->
Нафталин
2
->
1, 4-Нафтохинон
Фталевый ангидрид
Малеиновый ангидрид, СО, CO2 и H2O
Принимаем также, что концентрация кислорода в процессе окисления остается постоянной и порядок всех реакций по органическому соединению и по кислороду первый. По данным 298, допущение постоянства концентрации кислорода в процессе реакции (CK = const) не влечет за собой большой погрешности в расчете при условии, что концентрация нафталина в исходной нафталино-воздушной смеси не превышает 1 мол. % •
Приняв указанное допущение, можно составить следующую систему кинетических уравнений:
— •^f- = (k\ + ki) Сн
йС„
dx
¦ ^1^и ^3 ^ и
йСфа
—^— = k2Ca -f- ^з^их — ktC фа
dCM
dx
фа
(4)
Решая эту систему уравнений, получаем выражения для расчета выходов отдельных продуктов: для фталевого ангидрида
Сфа k2
Ca0 kx+-k2 — k^
— A4T , е +
k,k3
(fti + ft2 — k3)(k4 — kg)
для 1,4-нафтохинона
(ki — k3) (kt — kx — k2) e-Hx _i_ (fei + fe2) (k2 — k3)
(k<
¦ kt — k2) (k\ -f- k2 ¦
-A3T
k\ + ki — къ
-(*l+*2) Tl
<,-(А, + А2)т (5)
(6)
Для малеинового ангидрида и продуктов полного сгорания
-ма. сг.__^2_/і _ — ki%\__
kit
+
(k, + k2 — k3) (kt — k3)
(k, + k2 — k4) (ft, + k2 — ft3)
[і_*-(*і+*»)т] (7)
Подставив в уравнения (5), (6) и (7) значения констант ско-
&2, &з и &4 (данные 298), конкретные
і//
~-ззо°с
-34O0C ^350°С
~-зео°с
и
Г
рости отдельных реакций k\, значения температур и времени контактирования, получим выход фталевого ангидрида, 1, 4-нафтохинона и малеинового ангидрида вместе с продуктами полного окисления в зависимости от температуры процесса и времени контактирования в интервале принятых значений. Результаты расчетов представлены в виде графиков на рис. 38—40.
На рис. 38 показана графическая зависимость выхода фталевого ангидрида от температуры и времени контактирования. Расчет выполнен по уравнению (5) для интервала температур 320—3700C и времени контактирования 0—20 сек. Из графика следует, что при каждой температуре имеется оптимальное время контактирования, обеспечивающее максимальный выход фталевого ангидрида. Чем выше температура окисления, тем меньше оптимальное время контактирования.
Максимально достижимый выход фталевого ангидрида также уменьшается с повышением температуры, что показано на графике пунктирной линией /—/. Если при 330° С максимальный выход фталевого ангидрида по графику равен 95%, то при повышении температуры до 370° С он снижается до 88%- Соответственно уменьшается оптимальное время контактирования с 15 сек при 330° С до 5 сек при 370° С. Высокие выходы и сравнительно большое время контактирования, полученные по расчету, объясняются тем, что скорость окисления фталевого ангидрида в продукты полного сгорания (й4) чрезвычайно мала 298 по сравнению с значениями k\, k2 и k3.
Время Г, сек
Рис. 38. Зависимость степени превращения нафталина во фталевый ангидрид от времени контактирования и температуры.
Таким образом, данные графиков рис. 38 следует рассматривать как принципиальную характеристику кинетики процесса окисления нафталина на данном катализаторе. Конкретные цифры, полученные в результате расчета, являются максимально возможными выходами фталевого ангидрида. В практике наблюдаются более низкие выходы (до 85%). Это может быть объяснено отчасти осложнениями процесса окисления, вызванными гидродинамикой реального слоя катализатора.
Если соединить линиями точки графика рис. 38, соответствующие одному и тому же времени контактирования, но различным
15,-г-—г--,-¦_-,
1
4-
95
90
85
80.
I
300 320 3W 360 380 Температура\ 0C
5 /О 15
время Г , сел
20
Рис. 39. Зависимость степени Рис. 40. Зависимость степени превращения
превращения нафталина во фта- нафталина в 1,4-нафтохинон от времени левый ангидрид от температуры контактирования и температуры,
при постоянном времени контактирования.
